圖為光量子實驗室照片

【我們為什麼挑選這篇文章】什麼是量子計算機?

與普通計算機有相異的運算模式:普通計算機的運作是 0 或 1 的二進制系統,數據儲存在微型晶體管中,每個晶體管可以容納一個「比特」的訊息,也就是 0 或 1;而新的計算機概念,便可以超越原本的二進制系統,利用量子狀態不確定的特性,讓一個「比特」可以同時是物質和波,得以在較小的計算機內將更多訊息編成代碼。

而這次在上海發布的10比特光量子計算機,相較同類型的量子計算機,量子位數目和採樣率都提高許多,領先世界。(責任編輯:謝秉芸)

這項世界領先的量子計算機來自於中國科學技術大學潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等,並聯合浙江大學王浩華教授研究組一同攻關。

這台具有 10 個量子位的光量子計算機克服了以往同類型量子計算機的量子位數目受限和低採樣率的問題,計算機採用的架構還具有繼續增加量子位數目和提高採樣率的能力。

今天在上海,世界首台超越早期經典計算機的量子計算機宣告問世。在光學體系上,該研究團隊在 2016 年已實現國際最高水平的十光子糾纏操縱。今年,在這一基礎上,又利用中國自主研發的高品質量子點單光子源構建了世界首台在性能上能夠超越早期經典計算機的單光子量子計算機,通過發展全局糾纏操作,成功實現了目前世界上最大數目的超導量子比特的糾纏和完整的測量。

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最新實驗測試表明,該原型機的「玻色取樣」速度比國際同行之前所有類似的實驗加快至少 24000 倍,比人類歷史上第一台電子管計算機(ENIAC)和第一台晶體管計算機(TRADIC)運行速度快 10-100 倍。

圖為光量子實驗室照片

業內進展方面,D-Wave 已於 2017 年發布了具有 2000 個量子位的量子退火計算機 2000Q。但由於 D-Wave 這一類型的計算機只能執行「量子退火」一種算法,它的應用受到限制,即便業內也對 D-Wave 是否是真正的量子計算機有諸多爭議。

MIT 於 2016 年製造出了具有 5 個量子位的原子阱量子計算機,並成功用 Shor 算法進行了因數分解實驗。Google 也於 2016 年 7 月表明了自己要建立世界上第一台超高性能量子計算機的願景,不過目前還未看到後續進展。

目前的量子計算機還不能完成傳統計算機所能完成的各種任務。存儲和計算原理不同,傳統計算機的每一位只能傳輸「0」或「1」中的某一個,而量子計算機可以傳輸和計算「0」或「1」的疊加態,然後對同樣處在「0」或「1」疊加態的結果進行測量,以一定概率的概率得到結果,並配合反複測量,得到傳統的非疊加態結果。

但某一些特定的運算,利用量子計算機的計算特點可以很快解決,比如對大數進行因子分解的 Shor 算法(可以用於破解傳統計算機加密)、量子退火算法(對複雜優化問題進行最值求解)、Grover 量子搜索算法(在很大的集合中尋找指定的元素),傳統計算機進行類似的計算,所需時間與任務複雜度成幾何級數增加,甚至幾乎不能計算,但量子計算機所需的時間僅僅是線性增加而已。

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(本文經合作夥伴雷鋒網授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈重磅 | 中國發布世界首台10比特光量子計算機〉。)

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